废水处理中污染物减排与温室气体协同控制的多维评估体系构建

本研究针对废水处理厂(WWTPs)在污染物削减与温室气体(GHG)减排协同(SPG)评估中的方法论空白，创新性提出环境承载力增益(ECG)和协同指数(SI)双指标体系。通过分析中国5,824座WWTPs运营数据，揭示处理能力扩张与排放标准收紧对SPG的差异化影响，为优化区域投资布局（如西北地区优先）和操作策略（电力GHG控制）提供量化依据，推动可持续水环境管理范式革新。

　　

研究背景
全球污水处理行业正面临"双碳"目标下的转型挑战。尽管废水处理厂(WWTPs)通过去除COD（化学需氧量）、氮磷等污染物保护水环境，但其高能耗特性导致温室气体(GHG)排放占全球人为排放的2%-3%。这种"治污产碳"的矛盾在中国尤为突出——随着《水污染防治行动计划》实施，WWTPs排放标准持续收紧，但由此带来的深度处理工艺升级往往伴随能耗激增。现有评估体系要么仅关注污染物去除率等单维度指标，要么采用主观赋权的综合指数，难以客观量化"减排-降碳"协同效应(SPG)。这种评估盲区导致政策制定缺乏科学依据，例如在西北地区新建高标准厂还是优化东南沿海现有设施更能提升整体SPG效益，亟需建立物理意义明确的量化工具。

研究方法
研究团队基于中国2014-2019年5,824座WWTPs的运营大数据，构建环境承载力增益(ECG)指标，将污染物去除量转化为等效人口环境容量；建立协同指数(SI=ECG/GHG排放)作为SPG核心评估参数。采用GB 3838-2002地表水标准设定最大允许浓度(MAC)，通过情景分析验证指标稳健性。

研究结果

Synergy index design
SI创新性地将多维度环境效益(COD、NH₃-N、TP去除及再生水)与全生命周期GHG成本关联。计算显示：1吨CO₂eq排放换取的环境容量提升越大，SI值越高，反映"单位碳排的环境收益"这一核心SPG逻辑。

Sensitivity to subjective parameters
三类MAC设定情景(地表水类标准/Ⅳ类水限值/自定值)的敏感性分析表明：ECG绝对值虽受MAC影响，但SI排序稳定性达92%，确保跨区域比较有效性。

Conclusion
全国尺度ECG年均增长8.7%，主要由处理规模扩张驱动；但SI下降12%，揭示现行"提标改造"策略的边际效益递减。区域分析显示：珠三角等发达地区ECG占全国43%，但SI仅为西北地区的68%，表明投资应向环境效益弹性更高的西北倾斜。厂级优化中，降低电耗相关GHG（占全生命周期排放51%）可使SI提升达27%，显著优于污泥处理优化（仅提升6%）。

重要意义
该研究突破传统LCA（生命周期评估）的"碳核算"局限，首次实现污水处理环境-气候协同效应的物理量化。提出的ECG/SI指标被纳入中国《城镇污水处理厂协同降碳绩效评价导则》，为"十四五"期间2000亿元污水处理投资提供决策依据。特别是发现西北地区SPG提升潜力，对平衡区域环境治理差距具有政策启示，相关方法论已推广至东南亚国家污水处理规划。